基于計算機虛擬現實技術的室內建筑設計研究

□ 余 瑞

計算機技術與室內建筑設計的結合，給室內建筑設計工作提供了諸多的便利，且最終呈現的設計效果可滿足用戶的多樣需求。尤其是虛擬現實技術在室內建筑設計中的應用，給室內建筑設計帶來了新的機遇，能夠跳脫早期“平面、立面、剖面和三維模型”的表現方式對設計工作的限制，從而能夠不斷開拓設計思路[1]。

1 虛擬現實技術概述

在進行室內建筑設計的過程中，引入虛擬現實技術能夠獲得超乎想象的效果。這一技術主要是將人們的想象通過仿真的方法創造出一個虛擬的場景。這些場景雖然是虛擬的，但是對于我們的感官而言卻如同真實存在，不僅能夠感受，甚至可以參與其中，給人們帶來獨特的體驗。

虛擬現實技術具有以下特點：一是沉浸性。用戶可以憑借傳感器進入虛擬的環境中，在虛擬的空間中漫游，感受虛擬對象的各項特征，從而成為虛擬系統的重要組成部分，獲得更好的體驗。二是交互性。虛擬現實技術主要是以傳感器為媒介，進行感受的傳遞，大腦會對接收的感覺進行分析并做出決定，通過輸入界面將決定傳遞給系統，實現兩者之間的互動，進而更好地滿足用戶的需求。三是聯想性。用戶在虛擬世界中可以根據得到信息和自己的需求進行聯想，對未來的系統情況進行構想。

因虛擬現實技術能夠處理好細節問題，獲得較好的設計效果，在室內建筑設計中受到設計者與用戶的青睞。目前虛擬現實技術常應用在設計比例、噪音處理等諸多領域[2]。

2 虛擬場景的建立

2.1 虛擬現實的感知設備

2.1.1 視覺感知設備

立體眼鏡是發展已比較成熟的視覺感知設備，主要包括有源立體眼鏡和無源立體眼鏡兩種類型。其中，有源立體眼鏡是依據眼睛視圖的頻率進行信號發射，對其狀態進行控制，一般適用于人比較少的環境。優點是圖像成像效果好，但是價格比較貴，會增加用戶的使用成本。而無源立體眼鏡的設計依據是光學偏振原理，成像效果相較于有源立體眼鏡要差一點，但其成本更低，能夠滿足更多用戶的需求。為此，用戶在選擇立體眼鏡時可以根據自己的需求和經濟情況而定。

頭盔顯示器也是比較常用的視覺感知設備。其優勢是沉浸效果好，用戶能夠借助該設備進入虛擬的環境中。其不僅具有高分辨率的顯示和跟蹤設備。當用戶佩戴頭盔移動的時候，跟蹤設備可以獲得用戶位置的動態報告，獲取與眼睛方向相同的圖像，并及時進行記錄。與其他的視覺感知系統相比，三維顯示屏的視覺效果比較差，而且造價比較高，在短時間內難以普及，但未來經過不斷研究與改進，有可能成為最先進的視覺感知設備，為人們在虛擬場景中進行交互提供便利。

2.1.2 聽覺感知設備

人們在獲取信息的過程中，通過聲音和畫面的配合得到更為全面的信息，因此聽覺是人們獲取信息的重要渠道。由于虛擬環境中的三維音效和立體聲音具有較大的差異，這種虛擬的音效是計算機對人類的聲音進行分析后合成的。它的形成經過較為繁復的科學分析和研究，更符合人們的聽覺習慣，使用戶直觀感受到虛擬的空間，并沉浸在其中。用戶在獲取虛擬聲音的過程中需要借助一定的聽覺感知設備，當前比較常用的設備包括耳機式、雙揚聲器等，不同的設備具有不同的優缺點，因此在進行設備選擇時，應該根據設備的特點進行合理的選擇，以獲得較強的真實感。

2.1.3 觸覺感知設備

首先應該明確一點，觸覺和力覺存在較大的差別，正確認識這兩種感覺之間的不同，才能夠科學地進行感知設備的研制，使人們在虛擬場景中準確獲取感知信息。觸覺是指接觸感覺，即在與事物進行接觸的過程中能夠感受物體的溫度、紋理等，而不同的物體能夠給人帶來不同的觸感。力覺則是人對物體進行作用力的方向和大小的感知。在虛擬系統中，對觸覺進行感知所常用的設備是數據手套和三維鼠標。這兩種設備都具有自身的優勢，前者可以對虛擬空間中的物品位置進行控制，使人們能夠在虛擬空間中進行物體的運送，使物品放置在人們想放的位置，并且能夠感知到物品的重量，從而在虛擬系統中獲取更多的信息；而三維鼠標無法感知物品的重量等信息，但是能夠對其位置進行調控。

2.2 建立虛擬室內建筑設計的軟件

在進行室內建筑設計的過程中，需要考慮裝修材料和室內的空間構成等諸多因素的影響。在進行室內建筑設計的時候應該科學地認識實體和空間的關系，兩者是相互影響的關系[3]。唯有實體的存在，才能對空間進行合理的劃分。在利用虛擬現實技術進行室內建筑設計的時候，要在虛擬的空間設計和現實的空間設計遵循一致原理。為了獲得理想的設計效果，在利用虛擬現實技術進行設計的過程中，要重視相關軟件的應用。目前常用的軟件較多且功能多樣，可滿足人們各個方面的設計需求。例如，實時仿真軟件可以對虛擬環境進行調動以呈現不同的效果。用戶可以根據自己的喜好輸入需求，對設計的效果進行更換，在使用過程中獲得較強的參與感。又如，草圖大師SketchUp軟件不僅可以根據實際設計需求選擇自帶的模型庫，也可以自行繪制，最終生成更加逼近實際情況的立體圖形，獲得越來越好的視覺體驗。并且草圖大師軟件也能夠實現和其他渲染軟件之間的數據對接，完成模型數據共享等操作。

3 虛擬現實技術在室內建筑設計中的應用

3.1 提高設計效果

通常，設計人員先考慮用戶的需求和室內的具體特點，再將設計方案繪制在圖紙上，之后與用戶進行交流，并根據用戶的意見，對設計方案進行調整。這種設計方式更能考驗設計人員的能力，但由于空間不足，不能把所有的細節都呈現出來，也無法向用戶直觀地表達想法，導致用戶和設計人員在意見交流的過程中，容易出現信息不對稱等問題。

而虛擬現實技術在室內建筑設計中的應用，能夠有效改變這一狀況。虛擬現實技術能夠提供一個虛擬的、三維的空間，設計人員在這個空間內進行設計方案的展示，用戶能夠直觀地感受到設計人員的創意，并就細節進行討論，而設計人員也能直接領悟到用戶的需求，對設計方案進行準確的修改[4]。因此，虛擬現實技術在室內建筑設計中的應用不僅能夠呈現出較好的設計效果，還有利于雙方進行溝通，從而提高設計效率。

3.2 虛擬現實技術作用于室內建筑設計的要素

在進行室內建筑設計的過程中，要考慮到色彩要素、光影要素、設計風格等。而虛擬現實技術能夠作用于這些要素，并呈現出更好的設計效果，能夠為室內建筑設計提供諸多便利，有利于設計工作的順利開展。例如，設計人員根據用戶的要求完成室內的搭配，可以通過三維立體模型將效果呈現出來。并且虛擬現實技術還能夠為用戶打造身臨其境的沉浸感，從而激發用戶的創造欲，為整個設計提供自己的創意。

3.3 節約項目成本

室內建筑設計采用虛擬現實技術，還能夠達到節約項目成本的效果。由于虛擬現實技術呈現出來的設計效果與施工后的效果之間的誤差較小，可幫助用戶提前感受實際效果。例如，用戶想要了解田園風的設計方案，雖然設計圖稿可以幫助用戶了解這種設計風格的特點，但是無法了解入住后的感受，而虛擬現實技術的應用則可以解決這個問題，使用戶能夠在三維空間感受這種設計風格的居住體驗。

4 結語

隨著科技不斷發展，虛擬現實技術不斷成熟并在越來越多的領域中得到應用，尤其是對于提高室內建筑設計的效果具有重要的作用。但是實際應用中可以發現，虛擬現實技術仍有一些技術問題有待解決，如基礎材料庫的開發等問題，使其在室內建筑設計中的應用仍不夠普及。要推動虛擬現實技術在室內建筑設計中的應用，應該重視解決短板問題，滿足室內建筑設計的需求，提高室內建筑設計的水平。